В России впервые появится цифровой двойник дизельного двигателя

Уральский дизель-моторный завод (УДМЗ) разрабатывает новое семейство многоцелевых высокооборотных дизельных двигателей. Планируется их применение на железнодорожном транспорте, в большегрузных автомобилях и судостроении. Двигатель проектирует Центр компетенций НТИ Санкт-Петербургского политехнического университета на основе технологии разработки «цифровых двойников».

Высокооборотный дизельный двигатель, а тем более многоцелевая линейка таких двигателей – сложнейший объект. В России и в мире их производит всего несколько компаний, а на разработку нового образца, его испытания и запуск в производство обычно уходит 3–5 лет.

Выпуск нового двигателя – всегда событие. Однако современный высококонкурентный рынок диктует все более жесткие требования к качеству высоконагруженных механизмов, к сокращению времени и себестоимости их разработки.

Желая усилить свои позиции на этом рынке и быстро выпустить в свет линейку новых двигателей, УДМЗ впервые в отрасли применил технологию разработки цифровых двойников.

Цифровой двойник (ЦД) представляет собой систему взаимосвязанных высокоадекватных цифровых моделей изделия, технологических и производственных процессов, наконец, эксплуатационных режимов, ключевыми параметрами которых можно полностью управлять в виртуальной среде.

Результаты сотен и тысяч виртуальных испытаний должны отличаться от результатов итоговых натурных и физических испытаний не более, чем ±5%, а сам объект – высокооборотный дизельный двигатель – удовлетворять всем требованиям и целевым характеристикам, предъявляемым к изделию. Таких характеристик, включая ресурсные ограничения, как правило, несколько десятков и даже сотен: от показателей прочности, надежности, ресурса, безопасности и экологичности конечного продукта до стоимости и сроков производства, технологических мощностей предприятия.

Полномасштабная математическая модель камеры сгорания

Разработка и применение базового варианта ЦД позволяет в дальнейшем:

• быстро перепроектировать двигатели под те или иные требования;
• значительно сократить объемы продолжительных и дорогостоящих натурных испытаний, которые традиционно используются для «доводки» двигателя;
• поставить задачу прохождения с первого раза сертификационных испытаний.

«В глобальной конкуренции центр тяжести смещается на этап проектирования. Производство, в том числе цифровое, в крупных мировых компаниях давно налажено. В этом плане Россия отстает. Однако мы во многом опережаем мир в разработке «цифровых двойников» на этапе проектирования. Это валидированные математические модели, которые, обладая предсказательным потенциалом, позволяют с высокой достоверностью прогнозировать поведение конструкции, оборудования или машины на всех этапах ее жизненного цикла, а также управлять этим поведением», – поясняет руководитель Центра НТИ СПбПУ Алексей Боровков.

По словам специалистов, в России проектирование на основе цифровых двойников на мировом уровне успешно ведет только Центр НТИ СПбПУ. Причем в различных отраслях. Эти специалисты занимались проектированием кузовов автомобилей Единой модульной платформы проекта «Кортеж» (линейка автомобилей «Аурус»), разрабатывают «Русский Прадо» для УАЗа и оптимизируют авиационный газотурбинный двигатель ТВ7-117, с которым отечественное авиастроение связывает большие надежды. Компетенции петербургских инженеров-политехников понадобятся УДМЗ не только для реализации своего проекта, но и в целом для перехода предприятия на новую парадигму проектирования.

«Создание цифровых двойников продукции “Синара – Транспортные Машины“ является частью глобальной программы цифровизации всего холдинга. УДМЗ активно использует достижения в этой сфере в промышленности для повышения надежности дизельных двигателей и снижения себестоимости серийного производства продукции», – комментирует генеральный директор УДМЗ Петр Скворцов.

Разработка многоцелевого российского двигателя (различными его модификациями будут комплектоваться тепловозы, карьерная техника, стационарные дизель-генераторные установки) позволит увеличить процент локализации производства и снять зависимость российских производителей от зарубежных заказов.

«В качестве стартового изделия на базе семейства ДМ-185 был выбран двигатель для модернизированного тепловоза ТЭМ14М. За восемь месяцев мы разработали ЦД и провели более 10 тысяч виртуальных испытаний, – говорит ответственный исполнитель проекта от Центра НТИ СПбПУ Надежда Иванова. – Современный двигатель должен соответствовать огромному количеству требований по экологии, потребительским характеристикам, надежности и экономичности. В разработанной матрице требований, целевых показателей и ограничений заложено более 200 характеристик, и всем этим характеристикам проект должен удовлетворять».

Первый двигатель семейства ДМ-185 для модернизированного тепловоза ТЭМ14М в настоящее время проходит сертификационные испытания во ВНИИЖТ. Производство двигателя намечено на третий квартал текущего года, серийное производство – на 2021 год.

Справка

ООО «Уральский дизель-моторный завод» (УДМЗ) – ведущее российское машиностроительное предприятие по выпуску дизелей и дизель-генераторов различных типов для судостроения, тепловозостроения, малой энергетики.

АО «Синара – Транспортные Машины» (СТМ) – дивизиональный машиностроительный холдинг Группы Синара, объединяющий научно-технический и производственный потенциал российских предприятий по инжинирингу, производству, сервисному обслуживанию железнодорожной техники и дизельных промышленных установок.

Центр компетенций Национальной технологической инициативы Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого «Новые производственные технологии» (Центр НТИ СПбПУ) – ведущий российский центр компетенций с крупнейшим проектным консорциумом по направлению «Новые производственные технологии»: цифровое проектирование и моделирование, цифровые двойники, новые материалы, аддитивные технологии.

Источник: ТАСС, 11 августа